(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転軸に取付けられるボスと、前記ボスの外周部に放射状に配置され、回転軸方向に送風する複数の翼と、を備える軸流ファンであって、
前記回転軸に直交する平面に投影された前記軸流ファンの投影図上の前記回転軸の位置をＯ、夫々の翼のボス外周部翼弦線中心点をＰｂ、夫々の翼の翼外縁部翼弦線中心点をＰｔとするとき、前記夫々の翼のボス外周部翼弦線中心点Ｐｂは、ボス外周部に周方向に等間隔に配置され、少なくとも一部の翼における直線Ｏ−Ｐｂと直線Ｏ−Ｐｔのなす角δθｔが、他の翼における直線Ｏ−Ｐｂと直線Ｏ−Ｐｔのなす角δθｔと異なることを特徴とする軸流ファン。
【請求項２】
前記夫々の翼における直線Ｏ−Ｐｂと直線Ｏ−Ｐｔのなす角δθｔが、全て異なること特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。
【請求項３】
前記回転軸に直交する平面に投影された前記軸流ファンの投影図上の前記ボスの外周部の半径をＲｂ、翼外縁部の半径をＲｔ、任意半径Ｒにおける翼弦線中心点をＰＲ、直線Ｏ−ＰｂとＯ−ＰＲのなす角をδθとするとき、δθ＝δθｔ×（Ｒ−Ｒｂ）／（Ｒｔ−Ｒｂ）となっていること特徴とする請求項１又は２に記載の軸流ファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、換気扇や空気調和機あるいは機器の冷却等に用いられる軸流ファン（羽根車）に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、軸流ファンでは、ある決まった離散的な周波数に大きなピークを持つ、翼通過周波数音と呼ばれる耳障りな騒音が発生する。その周波数Ｆｎは、翼枚数Ｚと翼の１秒間当りの回転数Ｎとから次式により求めることができる。
Ｆｎ＝ｎ×Ｚ×Ｎ  （Ｈｚ）  ここで、ｎ＝１、２、３、…
【０００３】
従来、軸流ファンの複数の翼のうちの一部の翼の配置ピッチを他の翼の配置ピッチと異ならせたり、軸流ファンの複数の翼のうちの一部の翼の、回転軸に直交する平面に沿った平面形状を他の翼の平面形状と異ならせ、夫々の翼で生じる音波の位相が揃わないようにし、翼通過周波数音を低減することが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２１４８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術によれば、同一形状の翼を不等ピッチで配置にするためには、翼同士が重ならないように、各翼の平面形状を小さくする必要があり、送風特性が悪化する、という問題がある。また、複数の翼のうちの一部の翼の平面形状を小さくしたときは、送風性能が悪化すると共に、小さな翼のボスの付け根部に応力が集中し、翼の付け根部の強度が不足する、という問題がある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、送風性能を維持し、翼の強度を確保しつつ翼通過周波数音を低減させた軸流ファンを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、モータの回転軸に取付けられるボスと、前記ボスの外周部に放射状に配置され、回転軸方向に送風する複数の翼と、を備える軸流ファンであって、前記回転軸に直交する平面に投影された前記軸流ファンの投影図上の前記回転軸の位置をＯ、夫々の翼のボス外周部翼弦線中心点をＰｂ、夫々の翼の翼外縁部翼弦線中心点をＰｔとするとき、前記夫々の翼のボス外周部翼弦線中心点Ｐｂは、ボス外周部に周方向に略等間隔に配置され、少なくとも一部の翼における直線Ｏ−Ｐｂと直線Ｏ−Ｐｔのなす角δθｔが、他の翼における直線Ｏ−Ｐｂと直線Ｏ−Ｐｔのなす角δθｔと異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、送風性能を維持し、翼の強度を確保しつつ翼通過周波数騒音を低減させることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、一般的な軸流ファンを示す斜視図である。
【図２】図２は、一般的な軸流ファンの一枚の翼を示す平面図である。
【図３】図３は、一般的な軸流ファンの一枚の翼を半径Ｒの円筒面で切断し、その断面を２次元平面に展開した断面展開図である。
【図４】図４は、本発明に係る軸流ファンの実施の形態を示す平面図である。
【図５】図５は、同一形状の翼を周方向に等間隔に配置した一般的な軸流ファンを示す平面図である。
【図６】図６は、一般的な軸流ファン及び実施の形態の軸流ファンを翼外縁部半径Ｒｔの円筒面で切断し、夫々の断面を２次元平面に展開した比較図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明にかかる軸流ファンの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態 ．
図１は、一般的な軸流ファンを示す斜視図であり、図２は、一般的な軸流ファンの一枚の翼を示す平面図であり、図３は、一般的な軸流ファンの一枚の翼を半径Ｒの円筒面で切断し、その断面を２次元平面に展開した断面展開図である。
【００１２】
図１に示す軸流ファン９０は、４枚翼であるが、本発明においては、翼１の枚数は制限されず、他の複数の枚数であってもよい。図１に示すように、一般的な軸流ファン９０は、３次元立体形状を有する複数の翼１が、円柱状のボス２の外周部に放射状に配置されている。ボス２は、図示しないモータの回転軸３に取付けられ、回転軸３回りに図１の矢印Ｂ方向に回転する。
【００１３】
図２に示す翼１は、図１に示す翼１を回転軸３に直交する平面に投影したものである。図２に示すように、翼１は、翼前縁部１ａ、翼後縁部１ｂ、翼内縁部１ｃ、翼外縁部１ｄにより、その輪郭が形成されている。翼内縁部１ｃ及び翼外縁部１ｄは、回転中心Ｏを中心とする円弧となっている。なお、板金を折曲げて円盤状に形成したボス２の外周部に、放射状に翼１を形成してもよい。翼１の回転により、図１の矢印Ａ方向の気流が発生する。  
【００１４】
翼１を任意半径Ｒの円筒面で切断したときの、図２の平面投影図における円弧１ａＲ−ＰＲ−１ｂＲは翼断面形状となる。ここで、ＰＲは、円弧１ａＲ−１ｂＲの中点であり、平面投影図における翼弦線中心点となる。
【００１５】
ここで、ＰＲを翼弦線中心点と呼ぶのは、図３に示す、翼１を任意半径Ｒの円筒面で切断し、その断面を２次元平面に展開して得られる展開図において、任意半径Ｒにおける翼前縁部１ａＲと翼後縁部１ｂＲを結ぶ翼弦線である直線１ａＲ−１ｂＲの中心点を表しているからである。また、図３に示すように、気流の方向Ａに対して、翼１の上流側の面が圧力の低い負圧面１ｅとなり、下流側の面が圧力の高い正圧面１ｆとなる。
【００１６】
図２の平面投影図における翼弦線中心点ＰＲの位置を数値化するために、ボス外周部半径Ｒｂの円筒面で翼１を切断したときの平面投影図におけるボス外周部翼弦線中心点Ｐｂと回転中心Ｏとを結ぶ直線Ｏ−ＰｂをＸ軸として、位置Ｏを原点とする座標系を平面投影図に設定する。
【００１７】
翼外縁部翼弦線中心点Ｐｔは、翼外縁部１ｄの半径Ｒｔにおける翼弦線中心点である。上記の座標系において、直線Ｏ−ＰＲとＸ軸のなす角度をδθとし、距離をＲとすれば、翼弦線中心点ＰＲの周方向の位置は（Ｒ、δθ）という極座標で表示することができる。ここで直線Ｏ−ＰｔとＸ軸のなす角度をδθｔとする。
【００１８】
図４は、本発明に係る軸流ファンの実施の形態を示す平面図であり、図５は、同一形状の翼を周方向に等間隔に配置した一般的な軸流ファンを示す平面図であり、図６は、一般的な軸流ファン及び実施の形態の軸流ファンを翼外縁部半径Ｒｔの円筒面で切断し、夫々の断面を２次元平面に展開した比較図である。
【００１９】
図４に示すように、実施の形態の軸流ファン８０の夫々の翼１０のボス外周部翼弦線中心点Ｐｂは、ボス外周部の周方向に略等間隔に配置されている。夫々の翼１０の任意半径Ｒにおける翼弦線中心点ＰＲの周方向の位置（Ｒ、δθ）は、上述の、直線Ｏ−ＰｔとＸ軸のなす角度δθｔにより、次式により求めることができる。
δθ＝δθｔ×（Ｒ−Ｒｂ）／（Ｒｔ−Ｒｂ）
【００２０】
軸流ファン８０は、夫々の翼１０でδθｔの値を異ならせているので、夫々の翼１０の翼外縁部半径Ｒｔにおける翼弦線中心点Ｐｔの周方向位置は、夫々の翼１０で異なり、周方向に不等間隔に配置されている。また、翼１０の平面投影形状も、夫々の翼１０で異なった形状となっている。なお、実施の形態の軸流ファン８０は、夫々の翼１０におけるδθｔの値を全て異ならせているが、少なくとも一部の翼１０のδθｔの値を、他の翼１０におけるδθｔの値と異ならせればよい。
【００２１】
図５に示すように、一般的な軸流ファン９０は、同一形状の翼１を周方向に等間隔に配置しており、直線Ｏ−ＰｔとＸ軸のなす角度δθｔが、全ての翼１において等しくなっている。以下、この一般的な軸流ファン９０を、等間隔軸流ファン９０と呼ぶこととする。
【００２２】
等間隔軸流ファン９０及び実施の形態の軸流ファン８０を、翼外縁部半径Ｒｔの円筒面で切断し、夫々の断面を２次元平面に展開したものが図６である。図６の一点鎖線は、等間隔軸流ファン９０の任意半径Ｒでの翼１、１０の取付間隔Ｔを、次式としたときの、翼外縁部半径Ｒｔにおける取付間隔Ｔｔを示している。
Ｔ＝２πＲ／Ｚ    （Ｚは、翼枚数）
【００２３】
等間隔軸流ファン９０の翼１が周方向に等間隔で配置されているのに対して、実施の形態の軸流ファン８０の翼１０は、直線Ｏ−ＰｔとＸ軸のなす角度δθｔの値が夫々の翼１０で異なり、夫々の翼１０の翼弦線中心点Ｐｔが、周方向に不等間隔で配置されている。
【００２４】
翼通過周波数音は、翼１、１０が回転して空間を通過することにより、翼１、１０の正圧面１ｆと負圧面１ｅとの間に圧力の不連続が生じ、この圧力変動により発生する。等間隔軸流ファン９０では、夫々の翼１が周方向に等間隔に配置されているので、圧力変動が周期的に発生し、前述したように、次式の周波数に大きなピークを持つ騒音が発生する。
Ｆｎ＝ｎ×Ｚ×Ｎ  （Ｈｚ）  ここで、ｎ＝１、２、３、…
【００２５】
実施の形態の軸流ファン８０では、夫々の翼１０の翼外縁部半径Ｒｔにおける翼外縁部翼弦線中心点Ｐｔの周方向位置は、夫々の翼１０で異なり、周方向に不等間隔に配置され、また、翼１０の平面投影形状も、夫々の翼１０で異なった形状となっているので、圧力変動の周期性が弱まり、翼通過周波数音のピークが小さくなる。また、翼通過周波数音の音源となる箇所は、周速の早い翼１０の外縁側が支配的であるため、実施の形態の軸流ファン８０のように、翼１０の外縁側を不等間隔に配置するだけで、翼通過周波数音に対して大きな低減効果がある。
【００２６】
２次元翼列理論によれば、軸流ファンは、翼素の中心である翼弦線中心点ＰＲにおける翼の迎え角、反り角、翼弦長が決まれば、その風量及び静圧が一義的に決まり、翼弦線中心点ＰＲの空間的位置は、風量及び静圧に影響しない。従って、等間隔軸流ファン９０に対して、実施の形態の軸流ファン８０は、各翼１０のδθｔが異なり、翼弦線中心点ＰＲの空間的位置が異なるだけであるから、送風特性には影響がない。また、軸流ファン８０の翼１０の応力が集中する翼内縁部の形状は、等間隔軸流ファン９０とほぼ同一の形状であり、翼１０の強度も確保することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１、１０  翼
１ａ 翼前縁部
１ｂ 翼後縁部
１ｃ 翼内縁部
１ｄ 翼外縁部
１ｅ 負圧面
１ｆ 正圧面
２   ボス
３   回転軸
８０  軸流ファン
９０  軸流ファン（等間隔軸流ファン）
Ａ   気流方向
Ｂ   翼回転方向
Ｆｎ 翼通過周波数音が発生する周波数
Ｚ   翼枚数
Ｎ   回転数
Ｏ   回転中心
Ｒ   任意半径
Ｒｂ  ボス外周部半径
Ｒｔ  翼外縁部半径
ＰＲ  任意半径Ｒにおける翼弦線中心点
Ｐｂ ボス外周部翼弦線中心点
Ｐｔ 翼外縁部翼弦線中心点
δθ 直線Ｏ−ＰＲとＸ軸のなす角度
δθｔ  直線Ｏ−ＰｔとＸ軸のなす角度
Ｔ  任意半径Ｒにおける等間隔軸流ファンの翼取付間隔
Ｔｔ 翼外縁部半径Ｒｔにおける等間隔軸流ファンの翼取付間隔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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